Como reduzir o custo de operação na extração da água de poços tubulares

Quando um poço novo é perfurado ou um poço já existente é recuperado, o objetivo principal é de fornecer um abastecimento de água confiável, com qualidade e a um preço competitivo. Infelizmente, o principal enfoque é muitas vezes dirigido aos aspectos relativos ao custo inicial, e os consumidores pagam um preço demasiadamente alto pela sua água, uma vez que a eficiência do método de extração em si recebeu muito pouca atenção. A eficiência do processo de extração de água subterrânea de poços envolve as características do aqüífero, as características construtivas do poço, a correta especificação das bombas, motores e cabos, a perda de carga nos tubos edutores e a instalação de equipamentos de controle e automação.

Características do aqüífero

O volume e a qualidade da água que pode ser explotada dependendo das condições geológicas do aqüífero. Para determinar o volume explotável e o efeito do rebaixamento nos poços, é fundamental determinar a transmissividade do aqüífero, que é a relação entre o volume de água extraído em uma hora e o rebaixamento do nível d'água dentro do poço. Atualmente há uma tendência em perfurar mais poços com diâmetros menores em uma mesma área, com o objetivo de diminuir o risco, fazendo com que cada poço se torne menos vulnerável à contaminação, descargas atmosféricas e grandes rebaixamentos.
A qualidade físico-química e bacteriológica da água deverá ser analisada em cada poço, e repetida regularmente, uma vez que a qualidade poderá variar com o tempo. Desta forma, poderá ser dado um aviso precoce de qualquer ameaça de contaminação natural ou provocada pelo homem na área de captação.
Estas análises são também usadas para identificar o padrão de operação que oferece o tratamento mais eficiente, caso necessário.

Características construtivas dos poços

A eficiência de um poço é definida por sua capacidade específica em m3/h por metro de rebaixamento durante um determinado tempo. A produtividade de um poço é expressa como sua eficiência em percentagem, que é a relação entre o rebaixamento e o nível estático. Se a eficiência for de 50%, o rebaixamento dentro do poço será o dobro do rebaixamento no aqüífero em torno do poço. Este rebaixamento maior é causado pela perda de carga no conjunto pré-filtro e filtro do poço.
Um rebaixamento maior significa uma altura manométrica maior de bombeamento, e conseqüentemente um consumo maior de energia por m3 de água subterrânea bombeada. O risco do bombeamento a "seco" também aumenta. Como exemplo, o acréscimo de 10 metros no rebaixamento de um poço com nível dinâmico de 50 metros e vazão de 90 m3/h aumentará os custos de energia elétrica em 25%.
O aumento do custo corresponde, grosso modo, ao preço de uma bomba nova a cada ano!
Muitos poços se tornam menos produtivos rapidamente devido a maior facilidade de obstrução dos filtros por incrustações. Isto reduz a eficiência e a capacidade específica do poço. Em muitos casos, a reabilitação removerá totalmente ou em parte estes depósitos, e restabelecerá a capacidade do poço de forma correspondente. A reabilitação do poço não deverá ser efetuada antes que a produção caia pelo menos 10%. Até este ponto ainda existe área aberta suficiente para permitir uma limpeza e a remoção de partículas indesejáveis. Se a manutenção do poço não puder ser feita quando necessária, deverá ser considerado um regime de operação diferente. Por exemplo, a instalação de uma bomba menor, que em termos de desempenho seja mais adequada ao poço em questão. Também é possível obter o mesmo volume de água aumentando o tempo de operação de uma bomba menor.
O melhor mesmo seria equipar todos os poços com medidores de vazão e de nível, para que seja possível executar um acompanhamento "on line" da eficiência e da capacidade específica, e assim assegurar que a reabilitação seja feita na época certa.

Bombas

A escolha da bomba certa está diretamente ligada à evolução dos níveis piezométricos do poço. Uma vez que a eficiência máxima de uma bomba se situa dentro de uma faixa relativamente estreita, poderá ser muito difícil alcançar a operação ideal em sistemas complexos com vários poços. A melhor solução nestas circunstâncias seria instalar um sistema de monitoramento de vazão e de nível para cada poço controlado por computador que calcule o melhor padrão operacional para todos os pontos de bombeamento.
Se a eficiência for aumentada em apenas 10% por exemplo, de 65% para 75%, significa que bombeando-se 400 m3/h a uma altura de 80 metros durante 10 anos (4.700 horas/ano), poderão ser economizados 62.000 kW ou R$280.000,00.
A experiência tem mostrado que a causa mais freqüente do mau desempenho de bombas é a escolha inadequada das mesmas. O receio de não bombear uma quantidade suficiente de água quase sempre conduz à compra de bombas superdimensionadas para o poço. É aqui que começam todos os problemas de rebaixamento excessivo, desperdícios de energia, etc. Para reduzir o custo de operação, a perfuração de outros poços deverá ser considerada como alternativa caso haja necessidade de mais água do que o poço existente possa produzir.
Com a bomba correta os períodos entre a manutenção e a reabilitação se tornam os mais longos possíveis.
Devido ao desgaste e as incrustações, o desempenho de uma bomba será freqüentemente reduzido ao longo do tempo, e em algum momento deverá ser feita a limpeza e a manutenção. A determinação da melhor época para fazer a manutenção de uma determinada bomba deverá também ser deixada a cargo de um sistema de gerenciamento. A escolha da hora certa de fazer a manutenção depende do conhecimento dos custos da reabilitação e a informação "on-line" dos níveis piezométricos, vazão e consumo de energia para o poço em questão. Esta informação é então processada pelo computador e comparada aos dados de desempenho do fabricante da bomba. Com relação ao desgaste, deve-se observar o seguinte: se forem escolhidas bombas com mancais lubrificados a água, os mancais teoricamente poderão durar a vida útil da bomba, independente da velocidade. Na realidade, porém, nem sempre é possível obter uma água isenta de partículas em poços de água subterrânea. Conseqüentemente, a teoria e a prática comprovaram que há um certo desgaste nas superfícies dos mancais, de forma que na hora da manutenção é importante substituir todas as peças desgastadas. Se isto não for feito, poderá resultar no desempenho reduzido da bomba, e os custos de operação aumentarão de forma expressiva. O custo da substituição de peças de reposição poderá ser recuperado em questão de meses. Para evitar o desgaste e a corrosão dos rotores e da carcaça das bombas, é importante também escolher materiais com alta resistência. Isto não significará somente uma vida útil mais longa, mas também assegurará um desempenho maior e contínuo ao longo de sua vida útil. Seria, portanto, um desperdício de dinheiro ter uma bomba com uma eficiência elevada durante cinco anos, que funcionasse durante os cinco anos seguintes com pouca eficiência. Somente o monitoramento "on-line" do desempenho da bomba poderá assegurar que seja escolhida a freqüência correta de manutenção.

Cabos Elétricos

Um aspecto importante do dimensionamento e da especificação das bombas e dos motores é a escolha dos cabos. A tentativa de cortar os custos aqui poderá sair caro em termos de custo geral de operação.
Exemplo: Com uma bomba submersa de 75 kW e um cabo de 75 metros até a bomba, a economia entre a queda de tensão de 5% para 1% será de 170.000 kW após 10 anos de operação correspondente a R$ 77.000,00, e um prazo de retorno de 1-2 anos.

Motor

O elemento mais sensível de uma instalação submersa é o motor. A proteção do motor é vital para assegurar sua longevidade. Isto é feito com a monitoração da temperatura do motor, uma vez que quase todos os efeitos prejudiciais tais como fornecimento inadequado de energia, etc., conduzirão à temperatura elevada do motor.
A Grundfos desenvolveu um dispositivo técnico que permite ao usuário verificar a temperatura do motor e monitorar a resistência do isolamento sem o uso de cabos adicionais no poço. Além disto, este sistema inclui uma proteção embutida contra o funcionamento "a seco" também sem o uso de cabos ou sensores no poço.

Tubos edutores

O bombeamento da água dos poços através das tubulações até os reservatórios é o ultimo elemento principal nosistema de extração. O fluxo na tubulação resulta em perdas de carga devido ao atrito, curvas, válvulas, etc., que deverão ser compensadas pelas bombas. A perda poderá ser tão elevada que o desempenho de uma bomba poderá resultar em uma água muito cara se os tubos edutores forem dimensionados de forma incorreta. Vejamos o exemplo de uma bomba submersa que opera de acordo com os seguintes parâmetros: Q = 85 m3/h; H = 65 m.c.a. ; o tubo edutor possui 80 m de comprimento e 4 polegadas de diâmetro.
Após um ano de operação, ou 3.450 horas, teremos um volume de 293.303 m3 de água bombeada e um consumo de energia de 81.558kW. O uso de um tubo edutor de 5 polegadas de diâmetro reduzirá a perda por atrito na tubulação de 7,7metros para 2,7metros. Os parâmetros de operação da bomba melhoram para 94 m3/h e a altura manométrica total cai para 60 metros. Com o mesmo volume total de água, o consumo de energia cai para 74.748 kW. Em outras palavras, uma economia anual de energia de 6.810 kW ou R$ 3.065 por ano. As incrustações no interior da tubulação também agravam as perdas de carga e podem ocorrer vazamentos de água na tubulação. Ambas as situações podem ser monitoradas através da medição "on-line" da pressão de descarga.

Conclusão

Como foi mostrado, existem fortes razões para que sejam observados os aspectos físicos, financeiros, e de qualidade da água, que influenciam os custos de extração de água subterrânea, o que pode gerar grandes economias. E a receita é simples:
¨ Ao investir, leve em consideração, além do custo inicial, a influência do produto no custo de operação.
¨ Deverá ser dada maior atenção para a manutenção preventiva e para a operação, uma vez que as condições de bombeamento estão mudando constantemente.
¨ Durante a operação os dados de cada poço deverão ser coletados "on-line". A utilização de um bom sistema de monitoramento possibilitará a otimização da operação, no que se refere a segurança do fornecimento, qualidade e preço da água.

Há quem possa acreditar que tais medidas aumentem a mão-de-obra mas isto certamente não é o caso. Um sistema de monitoramento somente processa os dados - assim como qualquer outro computador. Temos ainda um longo caminho a percorrer antes que os computadores assumam a manutenção e a reposição de tubulações, bombas e outros componentes! Mas o deslocamento de pessoal de um poço a outro para monitorar fisicamente, ou ainda pior, somente quando não houver mais água jorrando, deverá ser coisa do passado!

Olho: Ao investir, leve em consideração, além do custo inicial, a influência do produto no custo de operação

Jacob Lochte
Engenheiro Mecânico -
Gerente de Produtos
Bombas Submersas Grundfos - Dinamarca